Способ определения топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания
Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: определяют расход топлива и частоту вращения вала двигателя на трех режимах с одинаковой продолжительностью испытаний. По результатам измерений определяют значения коэффициента полезного двигателя 
1= Q1-Q2/Q3 и 2= Q3-Q2/Q3, где 1 и 2 коэффициенты полезного действия двигателя при работе соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях; Q1-Q3, расход топлива двигателем соответственно на первом, втором и третьем режимах, и по разности величин 1 и 2 оценивают влияние эксплуатационного режима на топливную экономичность двигателя.
Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к двигателестроению.
Известен способ определения топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания, закрепляющийся в определении разности величин коэффициентов полезного действия двигателя, работающего соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях. Однако этот способ является трудоемким и при его осуществлении необходимо использовать дорогостоящее и недостаточно надежное оборудование для измерения крутящего момента на валу двигателя. Известно, что механический КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС) представляется отношениемм= 
(1) где Ne эффективная мощность двигателя, кВт; Ni индикаторная мощность двигателя, кВт. Удельные механические потери Рм в ДВС определяются из выражения Рм А + ВСг, (2) где А и В коэффициенты, зависящие от типа двигателя; Сг средняя скорость поршня, м/с. Мощность Nм, кВт, механических потерь в двигателе может быть вычислена по формуле Nм= 
где Nh рабочий объем цилиндров, л; i число цилиндров; n частота вращения вала двигателя, мин; 
коэффициент тактности. Следовательно, с учетом выражения (2) мощность механических потерь в двигателе может быть представлена в виде функции Nм f(n) от частоты вращения вала двигателя Nм A1n + B1n2, (3) где А1 и В1 константы, учитывающие конструктивные особенности двигателя. Тогда на основании (1) и (3) для заданной частоты вращения при n const может записатьм= 
(4)Таким образом, при условии соблюдения постоянной частоты вращения (n const) Nм const, в то время как индикаторная мощность будет зависеть от характера изменения эффективного момента в функции времени Ме f(t). Чтобы учесть этот фактор, необходимо проводить интегральную оценку КПД двигателя по времени его работы (испытания). Тогда с учетом зависимости (4) следует записать
э= 
(5) где Т время, в течение которого проводился контроль работы двигателя (время должно выбираться из расчета неоднократного повторения цикла изменения нагрузочного режима), с;
средняя величина индикаторной мощности за время Т, кВт. В отличие от механического КПД, представленного выражениями (1) и (4), назовем показатель э энергетическим КПД двигателя. В случае постоянства эффективного момента Ме const имеем 
Ni, то есть при данном условии механический и энергетический КПД совпадают:э= м. Если же Ме var, то э 
м. Таким образом, получив значение эдвигателя при различных функциональных зависимостях Ме f(t) и сопоставив эти значения с м, определенным по формуле (4) для заданной частоты вращения и принимаемым в качестве эталона, может судить об экономичности работы двигателя при различном характере внешней нагрузки. С целью упрощения методики обработки экспериментальных данных представим формулу (5) в другом виде. Для этого укажем:a) Wi=
T 
Ni(t)dt, (6) где Wi энергия, полученная в цилиндрах двигателя за время Т, кДж;Ni(t) мгновенное значение индикаторной мощности для соответствующего значения, кВт;
б) Wм Nм
T, (7) где Wм энергия механических потерь в двигателе за время Т, кДж. Тогда на основании (6) и (7)э= 
(8) при n const. Для определения КПД двигателя на основании зависимости (1) необходимо измерять величину эффективности момента, что при выполнении исследований в эксплуатационных условиях всегда представляет техническую сложность. Целью предлагаемого изобретения является проведение анализа топливной экономичности двигателя на основе энергетического КПД. В этом случае отпадает необходимость в непосредственном определении величины эффективного момента. Развиваемая двигателем мощность (или вырабатываемая им энергия) пропорциональна расходу топливаNi 10-3 Hu
Gт i, (9) где Нu теплотворная способность топлива, Дж/кг;Gт секундный расход топлива, кг/с;
i индикаторный КПД двигателя. Нелинейность зависимости Ni f(Gт) объясняется непостоянством величины i. Таким образом, очевидно, что расход топлива так же, как и вырабатываемая двигателем энергия является интегральным показателем во времени, учитывающим особенности работы двигателя на различных нагрузочных режимахWi=
T f(Q) (10) где Q расход топлива за время Т, кг. При этомQ
T (11) где 
средний секундный расход топлива, кг/с. На основании (8)-(11) энергетический КПД двигателя может быть представлен зависимостьюэ= 
(12) при n const, 
n, где Qi расход топлива за время Т испытания двигателя при изменяющейся величине эффективного момента (Ме var) и переменной частоте вращения двигателя, среднее значение которой за время Т равно 
, кг;Qм расход топлива за время Т при работе двигателя на холостом ходу с постоянной частотой n const вращения равной
, кг. При использовании зависимости (12) в качестве эталонного КПД принимают энергетический КПД ээт двигателя, определяемый по формулеээт= 
(13) где Qiэт расход топлива за время Т испытания двигателя при Ме const в стендовых условиях, определяемый при аналогичном положении органа, регулирующего топливоподачу, и при постоянной частоте n const вращения двигателя, равной 
. Определяя энергетический КПД двигателя, следует обязательно учитывать, что изменение эффективности момента вызывает соответствующее колебание частоты вращения двигателя согласно его механической (скоростной) характеристике, а следовательно, в этом случае необходимо определить среднюю величину 
частоты вращения двигателя за время Т испытаний и измерение Qм (или Nм) и Qiэт проводить при частоте вращения n const равной 
. Сущность изобретения заключается в сопоставлении значений энергетического КПД, полученного в эксплуатационных условиях, с энергетическим КПД, который имеет двигатель, работающий в стендовых условиях с постоянной нагрузкой (Ме const) с аналогичным положением топливоподающего рабочего органа и заданной частотой вращения, равной среднему значению 
частоты вращения вала двигателя, работающего в эксплуатационных условиях. При этом испытания двигателя проводят в трех режимах: в эксплуатационных условиях, на стенде с Ме const и на холостом ходу с частотой вращения, равной заданной, определяемой средним значением частоты вращения вала двигателя в условиях эксплуатации. Реализация способа осуществлена на автомобиле ЗИЛ-157КД с использованием электронного прибора FUF-80F для измерения расхода топлива и частоты вращения двигателя, имеющего точность измерения расхода топлива 
0,5%Использование для анализа топливной экономичности ДВС критерия
эзначительно упрощает методику, уменьшает стоимость и увеличивает оперативность исследовательских работ в условиях эксплуатации, поскольку отпадает необходимость в использовании дорогостоящего и недостаточно надежного оборудования для измерения крутящего момента на валу двигателя. Энергетический КПД может быть использован также и при проведении углубленных (например, ресурсных) испытаний на тормозном стенде, что осуществляется путем подбора имитационного нагрузочного режима при заданном положении органа, регулирующего топливоподачу, и соблюдении равенства расхода топлива двигателем на стенде расходу Qi топлива, полученному в эксплуатационных условиях.
Формула изобретения
где
1 и 2 КПД двигателя при работе соответственно в эксплуатационных и стендовых условиях;Q1 Q3 расход топлива двигателем соответственно на первом, втором и третьем режимах, кг (или л).
Похожие патенты:
